5. wykładu.) x 2 +2x+5dx. (Wskazówka: wykorzystać to, że sin = Im(exp) na osi rzeczywistej; użyć lematu Jordana.) 3. Obliczyć

Podobne dokumenty
1. Liczby zespolone Stwierdzić kiedy kwadrat liczby zespolonej jest liczbą. (i) rzeczywistą, (ii) ujemną, (iii) tylko urojoną?

1. Liczby zespolone Stwierdzić kiedy kwadrat liczby zespolonej jest liczbą. (i) rzeczywistą, (ii) ujemną, (iii) tylko urojoną?

1. Liczby zespolone Zadanie 1.1. Przedstawić w postaci a + ib, a, b R, następujące liczby zespolone (1) 1 i (2) (5)

FUNKCJE ZESPOLONE Lista zadań 2005/2006

1. Liczby zespolone Stwierdzić kiedy kwadrat liczby zespolonej jest liczbą. (i) rzeczywistą, (ii) ujemną, (iii) tylko urojoną?

Funkcje analityczne. Wykład 12

Funkcje Analityczne Grupa 3, jesień 2008

Funkcje Analityczne, ćwiczenia i prace domowe

6. Punkty osobliwe, residua i obliczanie całek

1 + iϕ n. = cos ϕ + i sin ϕ. e n z n n n. c M n z n, c n z Mn.

Funkcje analityczne. Wykład 3. Funkcje holomorficzne. Paweł Mleczko. Funkcje analityczne (rok akademicki 2016/2017) z = x + iy A

ZADANIA Z FUNKCJI ANALITYCZNYCH LICZBY ZESPOLONE

Zagadnienia brzegowe dla równań eliptycznych

Matematyka I. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr zimowy 2018/2019 Wykład 12

FA, jesień Zadania domowe i wybrane z ćwiczeń, grupa 3 (prowadzący H. Toruńczyk).

, sin z = eiz e iz. = f (z 0 ) (równoważnie f(z 0 + h) = f(z 0 ) + f (z 0 )h + α(h), gdzie lim h 0

WYKŁAD Z ANALIZY MATEMATYCZNEJ I. dr. Elżbieta Kotlicka. Centrum Nauczania Matematyki i Fizyki

ELEKTROTECHNIKA Semestr 2 Rok akad / ZADANIA Z MATEMATYKI Zestaw Oblicz pochodne cząstkowe rzędu drugiego funkcji:

Funkcje analityczne. Wykład 1. Co to są i do czego służą funkcje analityczne? Funkcje analityczne (rok akademicki 2016/2017)

Funkcje analityczne. Wykład 4. Odwzorowania wiernokątne. Paweł Mleczko. Funkcje analityczne (rok akademicki 2016/2017) dla każdego s = (s.

Funkcje analityczne. Wykład 4. Odwzorowania wiernokątne. Paweł Mleczko. Funkcje analityczne (rok akademicki 2017/2018)

Spis treści. Księgarnia PWN: Andrzej Ganczar - Analiza zespolona w zadaniach. Wstęp... Oznaczenia... Zadania. 1. Liczby zespolone...

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Uniwersytet Śląski w Katowicach str. 1 Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii

c n (z z 0 ) n (2) Powiemy, że szereg Laurenta (2) jest zbieżny, jeśli każdy z szeregów zdefiniowanych w (1) jest f(z). Sume

Kurs Start plus poziom zaawansowany, materiały dla prowadzących, Marcin Kościelecki. Zajęcia 1.

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ ANALITYCZNĄ zadania z odpowiedziami

Rozdział 6. Ciągłość. 6.1 Granica funkcji

Kurs wyrównawczy - teoria funkcji holomorficznych

Szeregi funkcyjne. Szeregi potęgowe i trygonometryczne. Katedra Matematyki Wydział Informatyki Politechnika Białostocka

ELEKTROTECHNIKA Semestr 2 Rok akad / ZADANIA Z MATEMATYKI Zestaw Oblicz pochodne cząstkowe rzędu drugiego funkcji:

WYDZIAŁ INFORMATYKI I ZARZĄDZANIA, studia niestacjonarne ANALIZA MATEMATYCZNA1, lista zadań 1

Liczby zespolone. x + 2 = 0.

6. FUNKCJE. f: X Y, y = f(x).

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Zajęcia nr 1 (1h) Dwumian Newtona. Indukcja. Zajęcia nr 2 i 3 (4h) Trygonometria

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ ANALITYCZNĄ

Matematyka A kolokwium 26 kwietnia 2017 r., godz. 18:05 20:00. i = = i. +i sin ) = 1024(cos 5π+i sin 5π) =

Definicja punktu wewnętrznego zbioru Punkt p jest punktem wewnętrznym zbioru, gdy należy do niego wraz z pewnym swoim otoczeniem

Analiza Matematyczna MAEW101

Algebra z geometrią analityczną zadania z odpowiedziami

Algebra z geometrią analityczną zadania z odpowiedziami

1. Liczby zespolone i

Funkcje. Granica i ciągłość.

1 + x 1 x 1 + x + 1 x. dla x 0.. Korzystając z otrzymanego wykresu wyznaczyć funkcję g(m) wyrażającą liczbę pierwiastków równania.

Matematyka i Statystyka w Finansach. Rachunek Różniczkowy

Wykład Matematyka A, I rok, egzamin ustny w sem. letnim r. ak. 2002/2003. Każdy zdający losuje jedno pytanie teoretyczne i jedno praktyczne.

Notatki z Analizy Matematycznej 2. Jacek M. Jędrzejewski

GAL 80 zadań z liczb zespolonych

Funkcje analityczne. Wykład 2. Płaszczyzna zespolona. Paweł Mleczko. Funkcje analityczne (rok akademicki 2017/2018)

Zadania do samodzielnego rozwiązania zestaw 11

Logarytmy. Funkcje logarytmiczna i wykładnicza. Równania i nierówności wykładnicze i logarytmiczne.

Zadania do Rozdziału X

Lista zadań nr 2 z Matematyki II

Zadania z analizy matematycznej - sem. I Pochodne funkcji, przebieg zmienności funkcji

Funkcje dwóch zmiennych

Całka podwójna po prostokącie

1 Funkcje dwóch zmiennych podstawowe pojęcia

Blok V: Ciągi. Różniczkowanie i całkowanie. c) c n = 1 ( 1)n n. d) a n = 1 3, a n+1 = 3 n a n. e) a 1 = 1, a n+1 = a n + ( 1) n

1 Relacje i odwzorowania

1 Logika (3h) 1.1 Funkcje logiczne. 1.2 Kwantyfikatory. 1. Udowodnij prawa logiczne: 5. (p q) (p q) 6. ((p q) r) (p (q r)) 3.

Lista nr 1 - Liczby zespolone

Indukcja matematyczna

FUNKCJE WIELU ZMIENNYCH

22. CAŁKA KRZYWOLINIOWA SKIEROWANA

ZADANIA DO SAMODZIELNEGO ROZWIĄZNIA. oprac. I. Gorgol

Zadania z analizy matematycznej - sem. I Granice funkcji, asymptoty i ciągłość

Liczby zespolone i ich zastosowanie do wyprowadzania tożsamości trygonometrycznych.

Matematyka II. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr letni 2018/2019 wykład 13 (27 maja)

Równanie przewodnictwa cieplnego (II)

Indeks odwzorowania zmiennej zespolonej wzgl. krzywej zamknietej

Dystrybucje, wiadomości wstępne (I)

KURS WSPOMAGAJĄCY PRZYGOTOWANIA DO MATURY Z MATEMATYKI ZDAJ MATMĘ NA MAKSA. przyjmuje wartości większe od funkcji dokładnie w przedziale

Informacja o przestrzeniach Hilberta

3 1 + i 1 i i 1 2i 2. Wyznaczyć macierze spełniające własność komutacji: [A, X] = B

O geometrii semialgebraicznej

Analiza matematyczna 2 zadania z odpowiedziami

Obliczanie długości łuku krzywych. Autorzy: Witold Majdak

1 Nierówność Minkowskiego i Hoeldera

Algebra z geometrią analityczną zadania z odpowiedziami

Badanie funkcji. Zad. 1: 2 3 Funkcja f jest określona wzorem f( x) = +

ELEKTROTECHNIKA Semestr 1 Rok akad / ZADANIA Z MATEMATYKI Zestaw Przedstaw w postaci algebraicznej liczby zespolone: (3 + 2j)(5 2j),

1. Pochodna funkcji. Twierdzenie Rolle a i twierdzenie Lagrange a.

VII. Elementy teorii stabilności. Funkcja Lapunowa. 1. Stabilność w sensie Lapunowa.

Wykład 13. Informatyka Stosowana. 14 stycznia 2019 Magdalena Alama-Bućko. Informatyka Stosowana Wykład , M.A-B 1 / 34

Wykład 10. Stwierdzenie 1. X spełnia warunek Borela wtedy i tylko wtedy, gdy każda scentrowana rodzina zbiorów domkniętych ma niepusty przekrój.

2. ZASTOSOWANIA POCHODNYCH. (a) f(x) = ln 3 x ln x, (b) f(x) = e2x x 2 2.

Analiza Matematyczna Ćwiczenia

III. Funkcje rzeczywiste

Zad.3. Jakub Trojgo i Jakub Wieczorek. 14 grudnia 2013

Rachunek różniczkowy i całkowy 2016/17

Równanie przewodnictwa cieplnego (I)

Jarosław Wróblewski Analiza Matematyczna 2, lato 2016/17

Analiza I.2*, lato 2018

W. Guzicki Próbna matura, grudzień 2014 r. poziom rozszerzony 1

Ważną rolę odgrywają tzw. funkcje harmoniczne. Przyjmujemy następującą definicję. u = 0, (6.1) jest operatorem Laplace a. (x,y)

Praca domowa - seria 2

Ciągłość funkcji jednej zmiennej rzeczywistej. Autorzy: Anna Barbaszewska-Wiśniowska

SIMR 2016/2017, Analiza 2, wykład 1, Przestrzeń wektorowa

Notatki przygotowawcze dotyczące inwersji na warsztaty O geometrii nieeuklidesowej hiperbolicznej Wrocław, grudzień 2013

Transkrypt:

FAN: wybór zadań przygotowawczych do egzaminu. styczeń 2014r. Egzamin będzie z całości materiału również i tej jego części, która objęta była poprzednimi zadaniami przygotowawczymi i samym kolokwium. Poniższy wybór dotyczy w większości tylko przykładowych zadań rachunkowych, dotyczących materiału omawianego po kolokwium, lub przykładowych zadań teoretycznych. Znak @ towarzyszy zadaniom wziętym z egzaminów lub kolokwiów z ubiegłych lat. @@@@@@@@@@@@@@ Całki niewłaściwe a twierdzenie o residuach. (Patrz np. strony 43-46 notatek.) Wyznaczyć następujące całki niewłaściwe, w tym uzasadnić ich istnienie: 1. U Krzyża zad. 3.7.1 (którakolwiek część). 2. x sin πx x 2 +2x+5dx. (Wskazówka: wykorzystać to, że sin = Im(exp) na osi rzeczywistej; użyć lematu Jordana.) 3. Obliczyć 0 x 1/3 (1+x 2 ) 2 dx. (Wskazówka: całkować po zorientowanych brzegach zbiorów {z : ε < z < R, Imz > 0} lub {z : ε < z < R, Arg [0,2π) (z) (δ, 2π δ)}; następnie przejsć do granicy przy δ 0 (przy drugim zbiorze) i ε 0, R.) 4. Obliczyć log x 0 x 2 1 dx. (Wskazówka: całkować po zorientowanym brzegu zbioru {z : ε < z < R, Arg [0,2π) (z) (0, π/2)}; przejść do granicy przy ε 0, R.) Sumowanie szeregów a twierdzenie o residuach. Obliczyć, uzasadniając też istnienie sumy następujących szeregów: n=1 5. wykładu.) w w+n 2, dla w in. (Wskazówka: twierdzenie 4 na str. 45 notatek do 6. @ n=1 ( 1)n 1 n 2 +1. (Rozwiązać wpierw zadanie 1 na str. 45 notatek.) Twierdzenie o residuach z uwzględnieniem residuum w nieskończoności. 7. U Krzyża, zadania 3.4.16+3.5.7 Zasady izolowanych zer i identyczności; zasada symetrii. 8. W następujących przypadkach zbadać, czy istnieje funkcja holomorficzna w otoczeniu zera, taka, że dla dostatecznie dużych n zachodzi a) f(1/n) = f( 1/n) = 1/n 2. b) f(1/n) = f( 1/n) = 1/n 3. c) 4n 2 (f(1/2n)) 2 + nf(1/n) = n 2 (f(1/n)) 2 nf( 1/n) + 1. Jeśli żądana funkcja istnieje, wskazać ją i zbadać, jaka jest postać takich funkcji na dysku z < 1. 9. To samo, gdy warunek na f jest taki: f (1/n) + f(1/n) = 0. -1

10. U Krzyża zadanie 7.2.1. 11. U Krzyża zadanie 7.2.2. Zasada argumentu i twierdzenia Rouchégo. ( Liczba zer uwzględnia krotności.) 12. Zbadać liczbę zer wielomianu 4z 5 + 5z 2 + 1 w kole z 1 i w pierścieniu 1 < z < 2. c) Powtórzyć to dla wielomianu z 6 5z 4 + 3z 3 1 i pierścienia 1 < z < 3. 13. Niech c C \ {0}. Dowieść, że dla dostatecznie dużych n równanie tg(z) = cz ma 2n + 1 rozwiążań w kwadracie Rez πn, Imz πn. Posłużyć się twierdzeniem Rouchégo jak następuje: przyjąć f(z) = tg(z) cz, g(z) = cz, dowieść, że N f,k = N g,k, gdzie K to nasz dostatecznie duży kwadrat, i wyznaczyć sumę B f,k rzędów biegunów funkcji f w K. (Por. zadanie 3.9.16 u Krzyża.) 14. @ Wyznaczyć liczbę pierwiastków wielomianu f = z 7 +6z 4 +1 w półpłaszczyźnie Re(z) > 0. Naszkicujemy dwa rozwiązania. Zorientowany brzeg półkola {z : z R i Re(z) 0} przedstawmy jako λ#µ, gdzie λ(t) = it (t [ R, R]) i µ(t) = Re it (t [ π/2, π/2]). Pierwsze rozwiązanie. Dla dużych R można f µ połączyć z drogą µ 7 homotopią w C \ {0}; homotopię określamy wzorem [0, 1] [ π/2, π/2] (s, t) f s µ(t), gdzie f s (z) = z 7 + s(6z 4 + 1). (To, że wartość 0 nie jest przyjmowana wynika stąd, że 6z 4 + 1 < z 7 dla dużych z = R.) Natomiast f λ przyjmuje wartości w {z : Re(z) 1}, bo dla z = it im(λ) zachodzi f(z) = it 7 + 6t 4 + 1. W szczególności, f nie ma pierwiastków na osi Re(z) = 0. Powyższa homotopia w punktach zbioru [0, 1] {±π/2} przyjmuje wartości poza prostą Im(z) = 0. Wobec tego pętla f (λ#µ) jest w C \ {0} homotopijna z pętlą γ := (f λ)#l 1 #µ 7 #L 2, gdzie L 1 i L 2 to pewne drogi w {z : Im(z) 0}. Indeks ind(γ, 0) można wyznaczyć stosując twierdzenie z IV.5 przy p = 2R 7, q = 0 wystarczy zauważyć, że półprosta (, 0] R nie przecina obrazów dróg L 1, L 2 i f λ, zaś obraz drogi µ 7 przecina w jednym punkcie R 7, równym (µ(t j )) 7 dla czterech wartości t j [ π/2, π/2] (mianowicie, dla t j = π 7 ( 1 + 2j), j = 1, 0, 1, 2); przy tym (przy oznaczeniach twierdzenia z IV.5) wszystkie liczby ε j są równe 1. Por. ćwiczenie w IV.5; warto też naszkicować schematyczny rysunek pętli γ. Stąd dla dużych R, ind(γ, 0) = 4 i tym samym ind(f (λ#µ), 0) = 4. Są więc cztery pierwiastki w {z : z < R i Re(z) > 0}, na podstawie twierdzenia o residuach. Drugie rozwiązanie. W otoczeniu krzywej im(µ) określić można gałaź logarytmu g funkcji f wzorem g(z) = 7Log(z) + Log(1 + 6 z + 1 3 z ). Tak więc e g(z) = f(z) dla 7 z z otoczenia półokręgu (Re it ) t [ π/2,π/2], co dla tych z daje f (z)/f(z) = g (z) i wobec tego µ f f = g(ir) g( ir) = 7Log( ir 7 ) 7Log(iR 7 ) + o(r). (Tu Log -2

może być dowolną gałęzią logarytmu, określoną w otoczeniu rozważanego półokręgu n.p. określoną poza (, 0] R.) Podobnie można oszacować f λ f gra rolę to, że f przyjmuje na im(λ) wartości w {z : Rez > 0}, a tam określona jest ta sama gałąź Log. Otrzymamy, że przy R, liczba 1 2πi ( f λ f + f µ f ) dąży do 7/2 + 1/2 = 4 i teza znów wynika z zasady argumentu. Uwaga. W różnych grupach dyskutowane mogły być różne podejścia (w tym inne od powyższych). U Krzyża jest kilka podobnych zadań, z obszernymi rozwiązaniami (od 3.9.2 do 3.9.8); rozwiązaniu 3.9.7 towarzyszy pouczający rysunek. 15. Dowieść, że wszystkie zera wielomianu z 5 z + 16 leżą w pierścieniu 1 < z < 2, przy czym w pierwszej ćwiartce dokładnie dwa. (U Krzyża zadanie 3.9.6). 16. a) Dowieść, że wielomian z 4 + iz 3 + 1 ma jeden pierwiastek w pierwszej ćwiartce. b) Ile pierwiastków w tej ćwiartce ma wielomian z 99 + z + 1? 17. Dowieść, że wielomian n k=0 ma przy c n 0 wszystkie swe pierwastki w kole z < M + 1, gdzie M = max{ c k / c n : k = 0,..., n 1}. (W razie kłopotu z dowodzeniem, dlaczego tak można obrać M, patrz wskazówka na str. 57 notatek.) 18. Niech f(z) = e z 4z 4. Ile zer, z uwzględnieniem ich krotności, ma fukcja f w dysku D = D(0, 1)? Ile ma ich w półpłaszczyźnie Rez < 0? Czy f ma zera wielokrotne? Inne tematy (w tym lemat Schwarza, zasada maksimum). 19. @ Udowodnić, że różna od identyczności funkcja, holomorficznie przekształcająca dysk z < 1 w siebie, ma w nim najwyżej jeden punkt stały. (Wskazówka: lemat Schwarza.) 20. Dla p, q D przyjmijmy δ(p, q):= b p (q) = p q 1 pq. Dowieść, że gdy przekształcenie f : D D jest homomorficzne, to: a) δ(f(p), f(q)) δ(p, q) dla wszystkich p, q D. (Wskazówka: zauważyć, że prawa strona nie zmieni się, gdy p i q zastąpic przez ich obrazy przy g := b p, a prawa gdy f(p) i f(q) zastąpić przez ich obrazy przy h := b f(p). W ten sposób wyjściową nierówność sprawadzić do analogicznej dla F := h f g 1, jednak przy p = 0 = F (p).) b) f (p) (1 f(p) 2 )/(1 p 2 ) dla wszystkich p D. c) Jeśli w a) w miejsce nierówności zachodzi równość dla pewnych p q (odp. dla pewnego p), to przekształcenie f jest biholomorficzne. Odwrotnie, gdy jest ono biholomorficzne, to obie strony nierówności są równe jako funkcje. 21. a) Jakie nierówności otrzymujemy wyżej, gdy p = 0? b) Co można powiedzieć o funkcji holomorficznej f : D D, jeśli f (0) 1? 22. a) Znaleźć homografię f, przeprowadzającą dysk z < 1 na półpłaszczyznę -3

Re(z) > 1/2 tak, że obrazem zera jest jedynka. b) Znaleźć postać wszystkich homografii h o wymienionych wyżej własnościach. (Odp. h(z) = 1/(kz + 1), gdzie k = 1. Wskazówka: jakie własności ma f 1 h?) c) Przy oznaczeniach z b), jaką maksymalną wartość może przyjmować Im(h(1/2))? (Wskazówka: h(1/2) leży w obrazie okręgu k = 1 przy homografii k 2/(2 + k).) 23. Wzmocnić twierdzenie Liouville a następująco: gdy obraz f(c) funkcji f H(C) nie jest zbiorem gęstym w C, to f = const. (Wskazówka: złożyć f z homografią.) 24. @ Udowodnić, że funkcja f H(C) jest stała, jeśli: a) funkcja e f jest ograniczona, lub b) funkcja Re(f) jest ograniczona z góry lub z dołu. 25. @ Znaleźć wszystkie funkcje f H(C \ {0, 2}), spełniające poniższe 3 warunki: 1. f ma biegun rzędu 2 w zerze i rzędu 1 w dwójce; 2. f jest ograniczona w pierścieniu z > 10; 3. f(1) = 3 i f (1) = 6; 4. z =1 f = 2πi i z =10 f = 0. (Wskazówka: rozłożyć f na sumę ułamków prostych, korzystając z V.4) 26. Niech funkcja f, holomorficzna w nakłutym otoczeniu punktu p C, rozwija się w nim w szereg Laurenta n= 2 c n(z p) n. Wyznaczyć res p (f f) przez współczynniki c n. 27. Niech γ będzie krzywą zamkniętą w C \ D(0, r). Udowodnić, że l(γ) 2πr ind(γ, 0). 28. Niech funkcje f i g będą holomorficzne w otoczeniu punktu p C, przy czym g(p) = g (p) = 0 i g (p) 0. a) Wyrazić res p (f/g) przez f(p), f (p), g (p) i g (p). b) Zbadać, czy f/g może mieć w p osobliwość istotną, zaś jeśli ma tam biegun, to którego może być rzędu. Dać uzasadnienia i odpowiednie przykłady. Dodatkowe zadania dotyczące materiału sprzed kolokwium. 29. a) Dowieść, że na C \ [0, 1] istnieje gałąź pierwiastka z funkcji h(z) = 1 z z. (Wskazówka: zbadać, czym jest h([0, 1]).) b) Dowieść, że na tym zbiorze istnieje gałąź pierwiastka z funkcji z(1 z). (Wskazówka: a) wraz z rozwiązaniem jednego z zadań z kolokwium.) 30. Rozważmy kwadrat o środku w 0 i boku równoległym do osi rzeczywistej. Dowieść, że jeśli długość 2N + 1 jego boku jest liczbą nieparzystą, to na brzegu kwadratu funkcje ctg(πz) i 1/ sin(πz) są (co do modułu) ograniczone stałą niezależną od N. 31. @ Rozwinąć funkcję f(z) = 1/(z 2 +1)(z+2) w szereg Laurenta na maksymalnych pierścieniach o środku w 0, które nie zawierają jej punktów osobliwych. -4

32. Niech g(z) = z2 + 2 cos z 2 i f(z) = g(z) (z 0). e z z 2 1 z 5 a) Dowieść, że funkcję g można przedłużyć do funkcji g, holomorficznej w otoczeniu zera i wyznaczyć współczynniki c 0,..., c 4 rozwinięcia Maclaurina n=0 c nz n funkcji g. b) Wyznaczyć część główną rozwinięcia Laurenta funkcji f wokół zera, residuum tej funkcji w zerze oraz rodzaj osobliwości w zerze (czy istotna, czy pozorna, czy biegun, i którego rzędu). 33. @ Niech f H(D), gdzie D to dysk z < 1. Dowieść, że: a) n j=0 f (j) (z) = k=0 ( n j=0 f j+k (0))z k /k! dla n N i z D. b) Jeśli szereg funkcyjny n=0 f (n) jest zbieżny w punkcie z = 0, to jest zbieżny niemal jednostajnie w D. 34. @ Niech f(z) = e iz /(z i)(z 2 + 1). Obliczyć Γ f, gdy a) Γ to dodatnio zorientowany okrąg z = 2, b) Γ to łamana [w 0, w 1, w 2, w 3, w 4, w 5, w 6, w 0 ], o następujących wierzchołkach w 0 = 4i, w 1 = 2+2i, w 2 = 2 2i, w 3 = 2 2i, w 4 = 3+3i, w 5 = 5+3i, w 6 = 1. 35. Znaleźć ogólną postać homografii, przeprowadzających okrąg z = 3 w siebie, okrąg z = 1 na prostą, a punkt 9 na zero. Wybór przykładowych zadań teoretycznych. 1. a) Udowodnić, że funkcja, meromorficzna w całej sferze C, jest funkcją wymierną. (Jest to twierdzenie 3 na str. 53 notatek.) b) Udowodnić porzedzające twierdzenie 2 ze str. 53. 2. Udowodnić, że obraz spójnego zbioru otwartego w C przy niestałej funkcji meromorficznej jest zbiorem otwartym w C. 3. a) Udowodnić, że jeśli funkcja f rozwija się w pierścieniu z > r w szereg Laurenta n Z c nz n i spełnia warunek lim z z k f(z) = 0 dla pewnego k Z, to c n = 0 dla n k i wobec tego f(z) C/ z k+1 dla pewnej stałej C i dostatecznie dużych z. b) Wzmocnić twierdzenie Liouville a następująco: jeśli f H(C) i f(z) C z s dla pewnych s, C 0 i wszystkich dostatecznie dużych z, to f jest wielomianem stopnia s. 4. Dowieść, że gdy funkcja f jest holomorficzna w C poza zbiorem skończonym, to suma jej residuów, włączając residuum w nieskończoności, jest równa zeru. (To też udowodniono w notatkach do wykładu, ale nie napiszę, gdzie.) 5. @ Udowodnić, że gdy f, g H(C) są takie, że f g jest wielomianem, to f i g są wielomianami. (Wskazówka: zadanie 1b) wyżej.) -5

6. @ Zbadać, czy istnieją niestałe funkcje holomorficzne z C\{0} w {z C : z > 1}. (Wskazówka: wyniki z V.3 i V.4.) 7. Niech funkcja f będzie holomorficzna w ograniczonym obszarze U i ciągła w jego domknięciu U. Dowieść, że: a) Jeśli funkcja f jest stała na brzegu Bd(U) := U \ U zbioru U, to f jest stała na U lub ma w U miesce zerowe. b) Jeśli f(w) > f(z 0 ) dla wszystkich w Bd(U) i pewnego z 0 U, to f ma w U miejsce zerowe. c) Funkcja f swe maksimum na U przyjmuje w punktach zbioru Bd(U). 8. Niech funkcja f będzie niestała i holomorficzna w dysku z < 1. Udowodnić, że funkcja ϕ(r) := sup z =r f(z) jest ściśle rosnąca na [0, 1). (U Krzyża zadanie 6.1.6.) 9. a) Niech U będzie zbiorem otwartym w C. Udowodnić, że gdy funkcja f, holomorficzna w U poza zbiorem dyskretnym, ma w z 0 osobliwość istotną, to jej złożenie g f z funkcją g M(U) nie ma w z 0 bieguna ani osobliwości pozornej. b) Tak samo jest, gdy U jest zbiorem otwartym w C. 10. Dowieść, że funkcja f : U C, określona i ciągła w zbiorze otwartym U C, jest holomorficzna wtedy i tylko wtedy, gdy jej kwadrat f f jest funkcją holomorficzną. 11. Niech funkcja f, meromorficzna w zbiorze otwartym U C, ma w nim tylko skończenie wiele biegunów. Dowieść, że f = h/w, gdzie h H(U) i w jest wielomianem. Wybór przykładowych tematów egzaminu z teorii. Podaję jako przykłady tematy z egzaminu prof. Pola sprzed 3 lat: 1. a) Sformułować twierdzenie Morery. b) Udowodnić twierdzenie Weierstrassa o granicy niemal jednostajnie zbieżnego ciągu funkcji holomorficznych. 2. a) Podać definicję indeksu drogi zamkniętej względem punktu. b) Sformułować zasadę argumentu. 3. a) Podać definicję obszarów jednospójnych i sformułować twierdzenie Riemanna o przekształceniach konforemnych. b) Udowodnić lemat Schwarza o holomorficznych przekształceniach dysku w siebie. -6

FAN: wybór zadań przygotowawczych do kolokwium. listopad 2013r. Przypominam, że kolokwium odbędzie się w czwartek 5 XII, godz. 14.30 17.30, w salach 3180 i 3160. 1. a) Wyrazić w postaci a + bi następujace liczby zespolone: (1 + i 3) 6, ( 1+i 3 1 i ) 4, cos( π 2 i ln 2). b) Udowodnić, że gdy z = r > 0, to Re(z) = 1 r2 2 (z + z ). c) Udowodnić, że jeśli szereg k=0 u k jest zbieżny i arg(u k ) c < π/2 dla wszystkich k, to szereg k u k jest zbieżny. d) Udowodnić, że gdy t = ln(x + x 1 x + 1), to cosh(t) = x. e) Zbadać, dla jakich z rzeczwiste są liczby cos(z), sin(z), sin(z) cos(z). Jaki jest zbiór wartości funkcji tg := sin / cos? f) Dla z = x + iy, gdzie x, y R, dowieść równości sin z 2 = sin 2 x + sh 2 y = ch 2 y cos 2 x oraz cos z 2 = sh 2 y + cos 2 x = ch 2 y sin 2 x. 2. Wyznaczyć koło zbieżności szeregu (mowa o maksymalnym kole otwartym): a) (2n)! n=1 (n!) z n ; b) 2 n=1 n! n z n ; c) n n=1 (n + an )z n. 3. Wyznaczyć koło zbieżności i sumę szeregu: a) n=1 n(z + 2)n ; b) n=1 n2 (z 1) n ; c) n=1 n3 z n. 4. Wyznaczyć, w których punktach istnieje pochodna zespolona funkcji a) f(z) = zre(z), b) f(x + iy) = x y x 2 +y i 2 x 2 +y. 2 5. Niech f(z) = 1 2 (z + z 1 ) dla z C \ {0}. Udowodnić, że funkcja f przekształca w sposób różnowartościowy zbiory {z C : z > 1} i {z C : 0 < z < 1} na C\[ 1, 1], zaś zbiór {z C : Im(z) > 0} na (C\R) ( 1, 1). (Wskazówka: wyznaczyć obraz f( X) brzegu X rozważanego zbioru X i dowieść, że dla w f( X) równanie z + z 1 = 2w ma dwa rozwiązania z 1, z 2 ; z nich jedno należy do X, bo z 1 z 2 = 1.) 6. Udowodnić, że funkcja f(z) := z/(1 z) 2 bijektywnie przeprowadza dysk z < 1 na C \ (, 1/4] R. 7. Udowodnić, że funkcja tg bijektywnie przeprowadza pas Rez < π/4 na dysk z < 1. 8. a) Przeprowadzić biholomorficznie soczewkę D(0, 2) D(1, 1) na półpłaszczyznę Imz > 0. b) Przeprowadzić biholomorficznie dysk z < 1 na płaszczyznę C z wyjętymi dwiema współiniowymi półprostymi [2, ) R i (, 2] R. c) Przeprowadzić biholomorficznie soczewkę D( 1, 2) D(1, 2) na dysk z < 1 tak, by obrazem zera było zero. 9. Jaka jest postać homografii, przeprowadzających okrąg z = 1 na siebie? -7

10. Wyznaczyć punkt symetryczny do 2 + i względem okręgu o środku w i i promieniu 3. 11. Udowodnić, że każdy okrąg, przechodziący przez dwa punkty, położone symetrycznie względem danego okregu C, jest ortogonalny do C. Sformułować i udowodnić twierdzenie odwrotne. 12. Niech l 1 będzie gałęzią logarytmu, określoną w C\(, 0] R i przyjmującą wartość 0 w punkcie 1, zaś l 2 gałęzią logarytmu, zdefiniowaną w C \ [0, ) R i przyjmującą w punkcie 1 wartość πi. a) Obliczyć l 1 (z) i l 2 (z) dla z = i, i, 1 i; b) Wyznaczyć lim y 0 l n (x + iy) l n (x iy) dla n = 1, 2 i x 0. 13. W poniższych przypadkach zbadać, czy istnieje funkcja holomorficzna f taka, że Ref = u, a jeśli tak, to wyrazić ją wzorem jako funkcję zmiennej zespolonej z, gdy: a) u(x, y) = x 3 3xy 2 3x, b) u(x, y) = e x sin x cos x sin y, c) u(x, y) =, d) cos 2 x+sh 2 y u(x, y) = 1 2 ln(x2 +y 2 ), gdzie każda z tych funkcji rozpatrywana jest na zbiorze U = C; e) u jest jak w d), a U = {z : Imz > 0}. Tu, x := Re(z) i y := Im(z), lecz odpowiedź nie powinna wykorzystywać Re(z), Im(z) czy z. 14. Udowodnić, że gdy funkcja f jest holomorficzna i nie przyjmuje wartości 0, to funkcja log f jest harmoniczna. 15. Niech funkcja f będzie holomorficzna i ograniczona w półpłaszczyźnie Im(z) > 0. Udowodnić, że na każdym zbiorze Im(z) > c, gdzie c > 0, jest ona jednostajnie ciągła. (Wskazówka: formuła Cauchy ego.) 16. Obliczyć następujące całki (okrąg z = 2 jest zorientowany dodatnio): a) cos(z) z =2 dz; b) e iz z =2 (esin(z) +z)dz; c) 2π 1 0 2+cos t dt; d) 2π 0 (cos3 t+sin 2 t)dt; e) π 0 tg(t + i)dt. 17. Niech f(z) = 1 z (1 + z)ctg(z). (Tu, ctg = cos / sin.) 4 a) Wyznaczyć część główną rozwinięcia Laurenta funkcji f wokół zera. b) Wyznaczyć wszystkie izolowane punkty osobliwe funkcji f, leżące w dysku z < 5. Dla każdego takiego punktu, określić rodzaj osobliwości: czy jest pozorna, czy istotna, czy też jest biegunem, i jakiego rzędu. c) Obliczyć res p f dla każdego punktu osobliwego p, znalezionego w b). d) Obliczyć Γ f Λ f, gdzie Γ to okrąg z = 5, a Λ to okrąg z 3/2 = 2 (oba zorientowane dodatnio). 18. a) Rozwinąć w szereg Maclaurina funkcje 1/(z 1), 1/(z 2) i 1/(z 2 3z + 2) i podać promienie zbieżności otrzymanych szeregów. (Wskazówka: jaki jest związek ostatniej funkcji z poprzednimi?) -8

b) Rozwinąć w szereg Laurenta wokół i funkcję Log(z)/(z i), gdzie Log oznacza gałąź logarytmu na otoczeniu punktu i, przyjmującą w i wartość πi/2. Jaki jest pierścień zbieżności tego szeregu? (Mowa o maksymalnym otwartym pierścieniu.) 19. Niech I R = z 2 +9 z =R z 4 +3z 2 +2dz dla R > 2. a) Udowodnić, że I R 2πR(R 2 + 9)/(R 2 1)(R 2 2). b) Udowodnić, że I R = 0 dla R > 2. 20. Niech γ(t) = t i sin(t) dla t [ π, π]. a) Udowodnić, że każda z funkcji 1/(z + 1) i 1/(z 1) ma funkcję pierwotną w obszarze, zawierającym obraz drogi γ. (Obszary mogą być różne dla różnych funkcji.) Wskazać proponowane obszary i funkcje pierwotne, w tym funkcje wyrazić wzorami nie używającymi znaku całki. b) Wyznaczyć γ f, gdzie f(z) = 2z/(z2 1). c) Czy λ f = γ f dla każdej drogi λ z π do π, omijającej 1 i 1? (Odpowiedź uzasadnić i w przypadku odpowiedzi negatywnej wskazać przykład poświadczającej to drogi; starać się też unikać zbędnych rachunków.) 21. Dowieść, że gdy Γ jest ćwiartką okręgu z = 2, prowadzącą od 2 do 2i, to Γ e iz2 dz < 5. Czy istnieje kontur Λ od 2 do 2i, dla którego Λ e iz2 dz = 6? 22. Niech funkcja f będzie holomorficzna w C i ograniczona. Dla danych a, b C f(w) dowieść, że lim r w =r (w a)(w b) dw = 0 i używając twierdzenia o residuach dowieść, że funkcja f jest stała (twierdzenie Liouville a). 23. Niech funkcja f będzie holomorficzna w C \ {0} i ograniczona w {z : z > 1}. Udowodnić, że f(z) = 1 zf(w) 2πi z =1 w(z w) dw gdy z > 1. Jaka jest wartość prawej strony, gdy z < 1? 24. Niech γ r : [0, π] C oznacza półokrąg γ r (t) = re it. Wyznaczyć granicę, jeśli istnieje (por. zadanie 2 z III.2 notatek do wykładu): lim ( e iz r 0 γ r z dz). 25. Niech z C, z 1. Zbadać istnienie granicy i jeśli istnieje, wyznaczyć ją 1 lim n n n k=1 sin(e 2πik/n ) 1 ze 2πik/n. 26. Udowodnić, że gdy funkcja f jest holomorficzna na odcinku [a, b] C, to f(b) f(a) b a = t 1 f (z 1 ) + t 2 f (z 2 ) + t 3 f (z 3 ) dla pewnych t i [0, 1] i z i [a, b] takich, że 3 i=1 t i = 1. -9

Zadania, będące powtórzeniem niektórych (ważnych) fragmentów wykładu: A. Dowieść, że w pierścieniu P = {z : 1/2 < z < 2} nie istnieje gałąź argumentu. B. Dowieść, że gdy funkcja holomorficzna f nie przyjmuje żadnej wartości nieujemnej, to f = g 2 dla pewnej funkcji holomorficznej g. -10